JPH0438877A - Semiconductor device and manufacture method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture method thereof

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JPH0438877A
JPH0438877A JP2144544A JP14454490A JPH0438877A JP H0438877 A JPH0438877 A JP H0438877A JP 2144544 A JP2144544 A JP 2144544A JP 14454490 A JP14454490 A JP 14454490A JP H0438877 A JPH0438877 A JP H0438877A
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Abstract

PURPOSE:To obtain a semiconductor device which is flat on the surface and small in its area by burying a source/drain region, a gate insulation film, and a gate electrode or its part at least into a semiconductor substrate, and laying out them so that they may conform to the main side of the substrate. CONSTITUTION:A control electrode 7 of a MOS transistor is formed on the surface of a semiconductor substrate 1 so that it may be buried partially or wholly under the surface, thereby forming a channel section 6, where the MOS transistor performs its transistor action, partially or wholly under the surface of the substrate. The control electrode is selectively deposited partially or wholly based on selective chemical vapor reaction so that the surface of the semiconductor device may be flattened. A source (drain) 5, insulation films 2, and 2' and a wiring layer 8 are installed, but they are not limited to this construction. A metal film selection deposition process based on Al or the like is effective to form a control electrode in a groove and hence attain the evenness of the surface of the semiconductor device, which makes it possible to embody a MOS transistor, which is small in its area and flat on the surface. It is, therefore, possible to obtain a high speed and high reliability MOS transistor.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は各種電子機器に搭載されるメモリー光電変換装
置、信号処理装置等の半導体集積回路装置およびその製
造方法に関し、特にそのトランジスタ構造に関するもの
である。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to semiconductor integrated circuit devices such as memory photoelectric conversion devices and signal processing devices installed in various electronic devices, and methods for manufacturing the same, and particularly relates to transistor structures thereof. It is.

[従来の技術] 近年高集積化への努力としてゲート長がサブミクロンオ
ーダーのMOSトランジスタの開発等、微細加工された
機能素子の実用化が望まれている。
[Prior Art] In recent years, efforts toward higher integration have led to the development of MOS transistors with gate lengths on the order of submicrons, and the practical use of microfabricated functional elements has been desired.

第14図ないし第16図は従来のMOS トランジスタ
の構造を示す模式的断面図である。第14図はゲート2
01.酸化膜202.ソース203およびドレイン20
4を有するシングルドレイン構造のN−MOS トラン
ジスタで最も簡単な構造で、製造プロセスも簡単である
。しかし、微細化が進み、ゲート長が約1.2μm以下
になるとホットキャリヤによるMOSトランジスタの動
作の劣化が生じる。第15図はそれを防ぐためにソース
・ドレイン間の電界を緩和させる低濃度領域205およ
び206を設けたもので、LDD(lightly d
oped drain)構造と呼ばれる。
14 to 16 are schematic cross-sectional views showing the structure of a conventional MOS transistor. Figure 14 shows gate 2
01. Oxide film 202. Source 203 and drain 20
It has the simplest structure among N-MOS transistors with a single drain structure, and the manufacturing process is also simple. However, as miniaturization progresses and the gate length becomes approximately 1.2 μm or less, the operation of the MOS transistor deteriorates due to hot carriers. In order to prevent this, FIG. 15 shows a structure in which lightly doped regions 205 and 206 are provided to relax the electric field between the source and drain.
This is called an opened drain structure.

さらに微細化が最も進んでいるDRAM用のLSIとし
て、第17図に示すような薄型トランジスタセル(TT
C)が提案されている。 TTCは、半導体基板211
に溝を設け、トランジスタとキャパシタを同時に形成し
たものである。すなわち、溝内にゲート酸化膜213を
有し、チャネル部214はゲート酸化膜213の側面に
ある。ゲート212の下部の溝内には多結晶5i215
が充填堆積され、言己憶用キャパシタの電極となり、そ
の表面は酸化され、キャパシタ用の誘電体膜216を構
成する。埋込みソース217は多結晶5i216の上部
に形成されている。さらに多結晶Siによるワード線2
18.ドレインおよびビット線としてのn4拡散層21
9を具え、隣接するセルとは分離駿化膿220によって
電気的に分離されている。絶縁膜2211層間絶縁膜2
22上には、それぞれ配線パターン223および224
が形成されている。このTTCはMOS トランジスタ
とキャパシタが上下方向に形成されているので面積が小
さく、かつa線の影響による誤動作が生じにく(、さら
に奇生トランジスタがないなどの利点を有している。
Furthermore, as an LSI for DRAM, which is the most advanced in miniaturization, the thin transistor cell (TT
C) is proposed. TTC is a semiconductor substrate 211
A trench is provided in the wafer, and a transistor and a capacitor are formed at the same time. That is, a gate oxide film 213 is provided within the trench, and a channel portion 214 is located on the side surface of the gate oxide film 213. Polycrystalline 5i 215 is in the groove at the bottom of the gate 212.
is filled and deposited to form an electrode of a memory capacitor, and its surface is oxidized to form a dielectric film 216 for the capacitor. A buried source 217 is formed on top of the polycrystalline 5i 216. In addition, word line 2 made of polycrystalline Si
18. N4 diffusion layer 21 as drain and bit line
9, and is electrically separated from adjacent cells by a separating cell 220. Insulating film 2211 interlayer insulating film 2
22, there are wiring patterns 223 and 224, respectively.
is formed. Since this TTC has MOS transistors and capacitors formed vertically, it has a small area and is less likely to malfunction due to the influence of the a-line (in addition, it has the advantage of not having any extraneous transistors).

[発明が解決しようとする課萌] しかしながら、上述した溝型トランジスタセルにも、な
お以下に述べる点において改善の余地がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the trench type transistor cell described above still has room for improvement in the following points.

1)  トランジスタ部のみをとってみても、アスペク
ト比(溝深さ/開孔径)が約2程度あり、そのためSi
エツチングで生ずる欠陥により歩留まりを低下させ、さ
らに溝中に良質な絶縁膜の均一な形成が困難で信頼性上
の問題がある。
1) Even if we look only at the transistor part, the aspect ratio (groove depth/opening diameter) is about 2, so the Si
Defects caused by etching lower the yield, and furthermore, it is difficult to uniformly form a high-quality insulating film in the trenches, resulting in reliability problems.

2) さらにTTCで一般に用いられる制御電極部材で
ある多結晶シリコンは、不純物を最大限拡散させても抵
抗率は約1mΩcm以下にはできず、トランジスタのス
ピードを決定する伝播、遅延時間を小さくすることはで
きなかった。多結晶シリコンにかえシリサイド化(SL
金属合金)を用いても、抵抗率は約100〜200μΩ
cmであり高速、高歩留まりかつ高信頼性のトランジス
タを得ることはできなかった。
2) Furthermore, the resistivity of polycrystalline silicon, which is a control electrode material commonly used in TTC, cannot be reduced to less than approximately 1 mΩcm even if impurities are diffused to the maximum extent, which reduces the propagation and delay time that determines the speed of the transistor. I couldn't do that. Silicide instead of polycrystalline silicon (SL
Even if metal alloys are used, the resistivity is approximately 100 to 200 μΩ.
cm, it was not possible to obtain a high-speed, high-yield, and highly reliable transistor.

3) さらに一般に制御電極は半導体装置表面に一様に
堆積するため制御電極の表面は溝の凹凸そのものを反映
し、平坦化とは逆行するものである。つまり、この制御
電極の上に、堆積する配線の高信頼性を維持するために
は制御電極上の絶縁膜を厚(つけ、エッチバックという
手法で平坦化しなければならない。
3) Furthermore, since the control electrode is generally deposited uniformly on the surface of the semiconductor device, the surface of the control electrode reflects the unevenness of the groove itself, which is contrary to planarization. In other words, in order to maintain high reliability of the wiring deposited on the control electrode, the insulating film on the control electrode must be thickened and planarized using a technique called etch-back.

この手法は凹部にのみレジストを厚く残し、rfプラズ
マ中においてレジスト凹部の絶縁膜を同時に削る方法で
あり、MOS トランジスタへrfの及ぼす影響はきわ
めて大きいので歩留まり、信頼性を損う危険があった。
In this method, a thick resist is left only in the recesses, and the insulating film in the resist recesses is simultaneously removed in RF plasma.Since the influence of RF on MOS transistors is extremely large, there is a risk of lowering yield and reliability.

本発明はこの様な技術課題を解決し、小面積でかつ表面
の平坦な半導体装置を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to solve these technical problems and provide a semiconductor device having a small area and a flat surface.

[課題を解決するための手段] このような目的を達成するために、本発明による半導体
装置は半導体からなるソースおよびドレイン領域と、ゲ
ート絶縁膜と、ゲート電極領域と、を有するトランジス
タを含む半導体装置において、前記ソースおよびトレイ
ン領域と、前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート電極領域と
、が基体の主面に沿う方向に並置されて少なくともそれ
らの一部が該基体に埋込まれていることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve such an object, a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor device including a transistor having source and drain regions made of a semiconductor, a gate insulating film, and a gate electrode region. In the device, the source and train regions, the gate insulating film, and the gate electrode region are juxtaposed in a direction along the main surface of the base, and at least a portion thereof is embedded in the base. Features.

本発明による製造方法は半導体からなるソースおよびド
レイン領域と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極領域とを有
するトランジスタを含む半導体装置の製造方法において
、前記ソースおよびドレイン領域、ゲート絶縁膜および
ゲート電極の少なくとも一部を半導体基体に埋め込む工
程と、前記ソースおよびドレイン領域および前記ゲート
電極領域を前記基体の主面に沿う方向に配設する工程と
を有することを特徴とする。
A manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including a transistor having source and drain regions made of a semiconductor, a gate insulating film, and a gate electrode region. The method is characterized by comprising the steps of: burying a portion of the semiconductor substrate; and arranging the source and drain regions and the gate electrode region in a direction along the main surface of the substrate.

[作 用] 本発明によれば制御電極が半導体基体の表面から下部へ
埋めこまれているので、小面積でかつ表面が平坦なMO
S トランジスタが実現でき、従って高速でかつ信頼性
の高いMOS トランジスタを得ることができる。
[Function] According to the present invention, since the control electrode is buried from the surface to the bottom of the semiconductor substrate, an MO with a small area and a flat surface can be formed.
An S transistor can be realized, and therefore a high-speed and highly reliable MOS transistor can be obtained.

[実施例] 以下本発明について説明するが、本発明は以下に述べる
実施例に限定することなく5本発明の目的が達成できる
構成であればよい。
[Example] The present invention will be described below, but the present invention is not limited to the Examples described below, and any configuration that can achieve the five objects of the present invention may be used.

第1図は本発明の好ましい実施態様を説明する断面図で
ある0本発明はMOSトランジスタの制御電極7の一部
あるいは全部を半導体基体lの表面より埋設させて形成
し、MOS トランジスタのトランジスタ動作を行なう
チャネル部分6の一部あるいは全部を該表面の下部に形
成するものである。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a preferred embodiment of the present invention. In the present invention, a part or all of the control electrode 7 of a MOS transistor is buried from the surface of a semiconductor substrate l, and the transistor operation of the MOS transistor is improved. A part or all of the channel portion 6 is formed below the surface.

さらに、本発明は該制御電極の一部あ6るいは全部を選
択性を有する化学気相反応により選択的に堆積を行ない
、該半導体装置の表面を平坦に形成するものである。
Furthermore, the present invention selectively deposits part, all, or all of the control electrode by selective chemical vapor phase reaction to form a flat surface of the semiconductor device.

第1図に示した実施態様例にはソース(ドレイン)5.
絶縁膜2,2′および配線層8が示されているが、本発
明がこのような構造に限定されないことは先に述べたと
おりである。
The example embodiment shown in FIG. 1 includes a source (drain) 5.
Although the insulating films 2, 2' and the wiring layer 8 are shown, as mentioned above, the present invention is not limited to such a structure.

溝中に制御電極を形成し、かつ半導体装置表面の平坦性
を達成するためにはAρ等の金属系膜選択堆積法が有効
である。
A metal film selective deposition method such as Aρ is effective in forming a control electrode in the groove and achieving flatness of the surface of the semiconductor device.

< 1−CVD法の説明〉 以下1−CVD法について開孔内への堆積を中心に説明
するが、これは適宜本発明の技術思想に応じて適用可能
であり、ここでは本方法により形成される膜質が良いこ
とを理解するのに役立つであろう。
<1-Description of CVD method> Below, 1-CVD method will be explained with a focus on deposition within the openings, but this can be applied as appropriate according to the technical idea of the present invention, and here, the explanation will be given to the method formed by this method. This will help you understand that the quality of the film is good.

(成膜方法) 本発明による電極の形成に好適な成膜方法について以下
に説明す°る。
(Film Forming Method) A film forming method suitable for forming the electrode according to the present invention will be described below.

この方法は、上述した構成の電極を形成する為に開孔へ
導電材料を埋め込むのに適した成膜方法である。
This method is a film forming method suitable for filling the openings with a conductive material in order to form the electrodes having the above-described structure.

本発明に好適な成膜方法とは、アルキルアルミニウムハ
イドライドのガスと水素ガスとを用いて、電子供与性の
基体上に表面反応により堆積膜を形成するものである(
以下1−CVD法と称する)。
A film forming method suitable for the present invention is one in which a deposited film is formed on an electron-donating substrate by a surface reaction using an alkyl aluminum hydride gas and hydrogen gas (
(hereinafter referred to as 1-CVD method).

特に、原料ガスとしてモノメチルアルミニウムハイドラ
イド(MMAH)またはジメチルアルミニウムハイドラ
イド(DMAH)を用い、反応ガスとしてH2ガスを用
い、これらの混合ガスの下で基体表面を加熱すれば良質
のAQ膜を堆積することが出来る。ここで、1選択堆積
の際には直接加熱または間接加熱により基体の表面温度
をアルキルアルミニウムハイドライドの分解温度以上4
50℃未満に保持することが好ましく、より好ましくは
260℃以上440℃以下がよい。
In particular, a high-quality AQ film can be deposited by using monomethylaluminum hydride (MMAH) or dimethylaluminum hydride (DMAH) as a raw material gas, using H2 gas as a reaction gas, and heating the substrate surface under a mixed gas of these gases. I can do it. Here, in the case of 1-selection deposition, the surface temperature of the substrate is raised to a temperature higher than the decomposition temperature of the alkyl aluminum hydride by direct heating or indirect heating.
It is preferable to maintain the temperature below 50°C, more preferably between 260°C and 440°C.

基体を上記温度範囲になるべく加熱する方法としては直
接加熱と間接加熱とがあるが、特に直接加熱により基体
を上記温度に保持すれば高堆積速度で良質のAl2膜を
形成することができる。例えば、l膜形成時の基体表面
温度をより好ましい温度範囲である260℃〜440℃
とした時、300人〜5000人/分という抵抗加熱の
場合よりも高い堆積速度で良質な膜が得られるのである
。このような直接加熱(加熱手段からのエネルギーが直
接基体に伝達されて基体自体を加熱する)の方法として
は、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ等による
ランプ加熱があげられる。また、間接加熱の方法として
は抵抗加熱があり、堆積膜を形成すべき基体を支持する
ための堆積膜形成用の空間に配設された基体支持部材に
設けられた発熱体等を用いて行うことが出来る。
Methods for heating the substrate to the above temperature range include direct heating and indirect heating, and in particular, if the substrate is maintained at the above temperature by direct heating, a high quality Al2 film can be formed at a high deposition rate. For example, the substrate surface temperature during film formation is set to a more preferable temperature range of 260°C to 440°C.
At this time, a high-quality film can be obtained at a deposition rate higher than that in the case of resistance heating, which is 300 to 5000 people/minute. Examples of such a direct heating method (energy from a heating means is directly transmitted to the substrate to heat the substrate itself) include lamp heating using a halogen lamp, a xenon lamp, or the like. In addition, there is resistance heating as a method of indirect heating, which is carried out using a heating element etc. provided on a substrate support member disposed in a space for forming a deposited film to support a substrate on which a deposited film is to be formed. I can do it.

この方法により電子供与性の表面部分と非電子供与性の
表面部分とが共存する基体にCVD法を適用すれば電子
供与性の基体表面部分にのみ良好な選択性のもとにAQ
の単結晶が形成される。このAQは電極/配線材料とし
て望まれるあらゆる特性に優れたものとなる。即ち、ヒ
ルロックの発生確率の低減、アロイスパイク発生確率の
低減が達成されるのである。
By applying the CVD method to a substrate in which electron-donating and non-electron-donating surface areas coexist, AQ can be achieved with good selectivity only for electron-donating surface areas.
A single crystal of is formed. This AQ has excellent properties desired as an electrode/wiring material. That is, a reduction in the probability of hillock occurrence and a reduction in the probability of alloy spike occurrence are achieved.

これは、電子供与性の表面としての半導体や導電体から
なる表面上に良質のAQを選択的に形成でき、且つその
、lが結晶性に優れているが故に下地のシリコン等との
共晶反応によるアロイスパイクの形成等がほとんどみら
れないか極めて少ないものと考えらる。そして、半導体
装置の電極として採用した場合には従来考えられてきた
l電極の概念を越えた従来技術では予想だにしなかった
効果が得られるのである。
This is because high-quality AQ can be selectively formed on a surface made of a semiconductor or conductor as an electron-donating surface, and because l has excellent crystallinity, it can form a eutectic layer with the underlying silicon, etc. It is thought that the formation of alloy spikes due to the reaction is hardly observed or extremely small. When used as an electrode in a semiconductor device, effects that go beyond the concept of the conventionally considered l-electrode and that were not anticipated by conventional techniques can be obtained.

以上のように電子供与性の表面例えば絶縁膜に形成され
半導体基体表面が露出した開孔内に堆積されたlは単結
晶構造となることを説明したが、この人ρ−CVD法に
よれば以下のよりなlを主成分とする金属膜をも選択的
に堆積でき、その膜質も優れた特性を示すのである。
As mentioned above, it was explained that l deposited on an electron-donating surface, for example, in an opening formed in an insulating film and exposing the surface of a semiconductor substrate, has a single crystal structure, but according to this person's ρ-CVD method, It is possible to selectively deposit the following metal films containing l as a main component, and the film exhibits excellent properties.

たとえば、アルキルアルミニウムハイドライドのガスと
水素とに加えて SiH<、5iJa 、 5isHs 、 5L(CH
s)<、5iCj24.5iHsCI2* 、 5i)
ICε1等のSL原子を含むガスや、TiCJ24 、
 TiBr4. Ti(CHs)4等のTi原子を含む
ガスや、 ビスアセチルアセトナト銅Cu (C−8702)、ビ
スジピバロイルメタナイト銅Cu(C++H+eO□)
2、ビスヘキサフルオロアセチルアセトナト銅Cu(C
sHFaOa)i等のCu原子を含むガス を適宜組み合わせて導入して混合ガス雰囲気として、例
えばAN−5j、Al2−Ti、AQ −CuAjl!
 −5i−Ti、  AA −5i−Cu等の導電材料
を選択的に堆積させて電極を形成してもよい。
For example, in addition to alkyl aluminum hydride gas and hydrogen, SiH<, 5iJa, 5isHs, 5L(CH
s) <, 5iCj24.5iHsCI2*, 5i)
Gas containing SL atoms such as ICε1, TiCJ24,
TiBr4. Gases containing Ti atoms such as Ti(CHs)4, bisacetylacetonatocopper Cu (C-8702), bisdipivaloyl methanite copper Cu (C++H+eO□)
2. Bishexafluoroacetylacetonatocopper Cu (C
Gases containing Cu atoms such as sHFaOa)i are introduced in appropriate combinations to create a mixed gas atmosphere, for example, AN-5j, Al2-Ti, AQ-CuAjl!
Electrodes may be formed by selectively depositing conductive materials such as -5i-Ti and AA-5i-Cu.

また、上記Al−CVD法は、選択性に優れた成膜方法
であり且堆積した膜の表面性が良好であるために、次の
堆積工程に非選択性の成膜方法を適用して、上述の選択
堆積したへρ膜および絶縁膜としてのSiO□等の上に
もAQ又はAQを主成分とする金属膜を形成することに
より、半導体装置の配線として汎用性の高い好適な金R
膜を得ることができる。
In addition, since the Al-CVD method is a film forming method with excellent selectivity and the surface properties of the deposited film are good, a non-selective film forming method is applied to the next deposition step. By forming AQ or a metal film containing AQ as a main component on the selectively deposited ρ film and SiO□ as an insulating film, it is possible to form gold R which is highly versatile and suitable for wiring of semiconductor devices.
membrane can be obtained.

このような金属膜とは、具体的には以下のとおりである
0選択堆積したAQ、AQ−31、Al2−Ti 、A
l2− Cu、  Al2−3i−Ti、A(2−Si
−Cuと非選択的に堆積したAl2 、Al2−Si、
Al2−Ti、Al2−Cu、Al2−5i−Ti、A
ff−Si−Cuとの組み合わせ等である。
Specifically, such metal films are as follows: 0 selectively deposited AQ, AQ-31, Al2-Ti, A
l2-Cu, Al2-3i-Ti, A(2-Si
-Al2, Al2-Si deposited non-selectively with Cu,
Al2-Ti, Al2-Cu, Al2-5i-Ti, A
For example, a combination with ff-Si-Cu.

非選択堆積のための成膜方法としては上述したへ〇−C
VD法以外のCVD法やスパッタリング法等がある。
As a film forming method for non-selective deposition, go to 〇-C described above.
There are CVD methods, sputtering methods, etc. other than the VD method.

(成膜装置) 次に、本発明による電極を形成するに好適な成膜装置に
ついて説明する。
(Film Forming Apparatus) Next, a film forming apparatus suitable for forming the electrode according to the present invention will be described.

第2ないし4図に上述した成膜方法を適用するに好適な
金属膜連続形成装置を模式的に示す。
FIGS. 2 to 4 schematically show a continuous metal film forming apparatus suitable for applying the film forming method described above.

この金属膜連続形成装置は、第2図に示すように、ゲー
トバルブ310a〜310fによって互いに外気遮断下
で連通可能に連接されているロードロック室311、第
1の成膜室としてのCVD反応室312、Rfエツチン
グ室313、第2の成膜室としてのスパッタ室314、
ロードロック室315とから構成されており、各室はそ
れぞれ排気系316a〜316eによって排気され減圧
可能に構成されている。ここで前記ロードロック室31
1は、スルーブツト性を向上させるために堆積処理前の
基体雰囲気を排気後にH2雰囲気に置き換える為の室で
ある。次のCVD反応室312は基体上に常圧または減
圧下で上述したAl−CVD法による選択堆積を行う室
であり、成膜すべき基体表面を少なくとも200℃〜4
50℃の範囲で加熱可能な発熱抵抗体317を有する基
体ホルダ31gが内部に設けられるとともに、CVD用
原料ガス導入ライン319によって室内にバブラー31
9−1で水素によりバブリングされ気化されたアルキル
アルミニウムハイドライド等の原料ガスが導入され、ま
たガスライン319°より反応ガスとしての水素ガスが
導入されるように構成されている。次のRfエツチング
室313は選択堆積後の基体表面のクリーニング(エツ
チング)をAr雰囲気下で行う為の室であり、内部には
基体を少な(とも100℃〜250℃の範囲で加熱可能
な基体ホルダ320とRfエツチング用電極ライン32
1 とが設けられるとともに、Arガス供給ライン32
2が接続されている0次のスパッタ室314は基体表面
にAr雰囲気下でスパッタリングにより金属膜を非選択
的に堆積する室であり、内部に少なくとも200℃〜2
50℃の範囲で加熱される基体ホルダ323とスパッタ
ターゲツト材324aを取りつけるターゲット電極32
4とが設けられるとともに、Arガス供給ライン325
が接続されている。最後のロードロック室315は金属
膜堆積完了後の基体を外気中に出す前の調整室であり、
雰囲気をN2に置換するように構成されている。
As shown in FIG. 2, this continuous metal film forming apparatus includes a load lock chamber 311 connected to each other by gate valves 310a to 310f so as to be able to communicate with each other while shutting off outside air, and a CVD reaction chamber as a first film forming chamber. 312, Rf etching chamber 313, sputtering chamber 314 as a second film forming chamber,
Each chamber is configured to be evacuated and depressurized by exhaust systems 316a to 316e, respectively. Here, the load lock chamber 31
Reference numeral 1 denotes a chamber for replacing the substrate atmosphere before the deposition process with an H2 atmosphere after exhausting in order to improve throughput performance. The next CVD reaction chamber 312 is a chamber in which selective deposition is performed on the substrate by the above-mentioned Al-CVD method under normal pressure or reduced pressure, and the substrate surface to be deposited is heated at a temperature of at least 200°C to 40°C.
A substrate holder 31g having a heating resistor 317 that can be heated in a range of 50° C. is provided inside the substrate holder 31g, and a bubbler 31 is installed indoors by a CVD source gas introduction line 319.
A raw material gas such as alkyl aluminum hydride which has been bubbled and vaporized with hydrogen is introduced at 9-1, and hydrogen gas as a reaction gas is introduced from a gas line 319. The next Rf etching chamber 313 is a chamber for cleaning (etching) the surface of the substrate after selective deposition in an Ar atmosphere. Holder 320 and Rf etching electrode line 32
1 and an Ar gas supply line 32.
The zero-order sputtering chamber 314 to which No. 2 is connected is a chamber for non-selectively depositing a metal film on the surface of a substrate by sputtering in an Ar atmosphere, and has an internal temperature of at least 200°C to 200°C.
A substrate holder 323 heated in a range of 50°C and a target electrode 32 to which a sputter target material 324a is attached.
4 is provided, and an Ar gas supply line 325 is provided.
is connected. The last load lock chamber 315 is an adjustment chamber before the substrate is exposed to the outside air after the metal film deposition is completed.
It is configured to replace the atmosphere with N2.

第3図は上述した成膜方法を適用するに好適な金属膜連
続形成装置の他の構成例を示しており、前述の第2図と
同じ部分については同一符号とする。第3図の装置が第
2図の装置と異なる点は、直接加熱手段としてハロゲン
ランプ330が設けられており基体表面を直接加熱出来
る点であり、そのために、基体ホルダ312には基体を
浮かした状態で保持するツメ331が配設されているこ
とである。
FIG. 3 shows another configuration example of a continuous metal film forming apparatus suitable for applying the above-described film forming method, and the same parts as in FIG. 2 described above are given the same reference numerals. The device shown in FIG. 3 differs from the device shown in FIG. 2 in that it is equipped with a halogen lamp 330 as a direct heating means and can directly heat the surface of the substrate. A claw 331 is provided to hold it in the correct position.

このよう構成により基体表面を直接加熱することで前述
した様に堆積速度をより一層向上させることが可能であ
る。
With this configuration, by directly heating the substrate surface, it is possible to further improve the deposition rate as described above.

上記構成の金属膜連続形成装置は、実際的には、第4図
に示すように、搬送室326を中継室として前記ロード
ロック室311 、 CVD反応室312、Rfエツチ
ング室313、スパッタ室314、ロードロック室31
5が相互に連結された構造のものと実質的に等価である
。この構成ではロードロック室311はロードロック室
315を兼ねている。前記搬送室326には、図に示す
ように、AA力方向正逆回転可能かつBB力方向伸縮可
能な搬送手段としてのアーム327が設けられており、
このアーム327によって、第5図中に矢印で示すよう
に、基体を工程に従って順次ロードロツタ室311から
CVD室312 、 Rfエツチング室313、スパッ
タ室314、ロードロック室315へと、外気にさらす
ことなく連続的に移動させることができるようになって
いる。
As shown in FIG. 4, the metal film continuous forming apparatus having the above configuration actually includes the load lock chamber 311, the CVD reaction chamber 312, the Rf etching chamber 313, the sputtering chamber 314, and the transfer chamber 326 as a relay chamber. Load lock chamber 31
It is substantially equivalent to a structure in which 5 are interconnected. In this configuration, the load lock chamber 311 also serves as the load lock chamber 315. As shown in the figure, the transfer chamber 326 is provided with an arm 327 as a transfer means that can rotate forward and backward in the AA force direction and extend and contract in the BB force direction.
This arm 327 allows the substrate to be transferred from the load rotor chamber 311 to the CVD chamber 312, the Rf etching chamber 313, the sputtering chamber 314, and the load lock chamber 315 in order according to the process without exposing it to the outside air, as shown by the arrows in FIG. It can be moved continuously.

(成膜手順) 本発明による電極および配線を形成する為の成膜手順に
ついて説明する。
(Film Forming Procedure) A film forming procedure for forming electrodes and wiring according to the present invention will be described.

第6図は本発明による電極および配線を形成する為の成
膜手順を説明する為の模式的斜視図である。
FIG. 6 is a schematic perspective view for explaining a film forming procedure for forming electrodes and wiring according to the present invention.

始めに概略を説明する。絶縁膜に開孔の形成された半導
体基体を用意し、この基体を成膜室に配しその表面を例
えば260℃〜450℃に保持して、アルキルアルミニ
ウムハイドライドとしてDMAHのガスと水素ガスとの
混合雰囲気での熱CVD法により開孔内の半導体が露出
した部分に選択的にAl2を堆積させる。もちろん前述
したようにSi原子等を含むガスを導入してAl2−3
i等のAρを主成分とする金属膜を選択的に堆積させて
もよい0次にスパッタリング法により選択的に堆積した
lおよび絶縁膜上にAβ又はAl2を主成分とする金属
膜を非選択的に形成する。その後、所望の配線形状に非
選択的に堆積した金属膜をバターニングすれば電極およ
び配線を形成することが出来る。
First, I will explain the outline. A semiconductor substrate with openings formed in an insulating film is prepared, and this substrate is placed in a film forming chamber, its surface is maintained at, for example, 260°C to 450°C, and DMAH gas and hydrogen gas are mixed to form an alkyl aluminum hydride. Al2 is selectively deposited on the exposed portion of the semiconductor within the opening by thermal CVD in a mixed atmosphere. Of course, as mentioned above, by introducing a gas containing Si atoms etc., Al2-3
A metal film mainly composed of Aρ such as i may be selectively deposited.A metal film mainly composed of Aβ or Al2 may be selectively deposited on the l and insulating film selectively deposited by the zero-order sputtering method. to form. Thereafter, electrodes and wiring can be formed by patterning the non-selectively deposited metal film in a desired wiring shape.

次に、第3図及び第6図を参照しながら具体的に説明す
る。まず基体の用意をする。基体としては、例えば単結
晶Siウェハ上に各口径の開孔の設けられた絶縁膜が形
成されたものを用意する。
Next, a detailed explanation will be given with reference to FIGS. 3 and 6. First, prepare the base. The substrate is prepared, for example, by forming an insulating film with openings of various diameters on a single-crystal Si wafer.

第6図(A)はこの基体の一部分を示す模式図である。FIG. 6(A) is a schematic diagram showing a part of this base.

ここで、401は伝導性基体としての単結晶シリコン基
体、402は絶縁膜(層)としての熱酸化シリコン膜で
ある。403および404は開孔(露出部)であり、そ
れぞれ口径が異なる。410は溝である。
Here, 401 is a single crystal silicon substrate as a conductive substrate, and 402 is a thermally oxidized silicon film as an insulating film (layer). 403 and 404 are openings (exposed portions), each having a different diameter. 410 is a groove.

基体上への第1配線層としての電極となる12成膜の手
順は第3図をもってすれば次の通りである。
Referring to FIG. 3, the procedure for forming the 12 film which will become the electrode as the first wiring layer on the substrate is as follows.

まず、上述した基体をロードロック室311に配置する
。このロードロック室311に前記したように水素を導
入して水素雰囲気としておく。そして、排気系316b
により反応室312内をほぼ1x10−”Torrに排
気する。ただし反応室312内の真空度はI X 10
−”Torrより悪くてもAρは成膜出来る。
First, the base body described above is placed in the load lock chamber 311. Hydrogen is introduced into this load lock chamber 311 as described above to create a hydrogen atmosphere. And exhaust system 316b
The inside of the reaction chamber 312 is evacuated to approximately 1 x 10-'' Torr. However, the degree of vacuum inside the reaction chamber 312 is I x 10
−”Aρ can be formed even if it is worse than Torr.

そして、ガスライン319からバブリングされたDMA
Hのガスを供給する。DMAHラインのキャリアガスに
はH2を用いる。
Then, the DMA bubbled from the gas line 319
Supply H gas. H2 is used as the carrier gas for the DMAH line.

第2のガスライン319゛は反応ガスとしてのH2用で
あり、この第2のガスライン319°からH2を流し、
不図示のスローリークバルブの開度を調整して反応室3
12内の圧力を所定の値にする。この場合の典型的圧力
は略々1.5Torrがよい。DMAHラインよりDM
AHを反応管内へ導入する。全圧を略々1.5Torr
 、 DMAH分圧を略々5.OX 10−”Torr
とする。その後ハロゲンランプ330に通電しウェハな
直接加熱する。このようにしてIfを選択的に堆積させ
る。
The second gas line 319゛ is for H2 as a reaction gas, and H2 flows from this second gas line 319゛.
The reaction chamber 3 is opened by adjusting the opening degree of a slow leak valve (not shown).
12 to a predetermined value. A typical pressure in this case is approximately 1.5 Torr. DM from DMAH line
AH is introduced into the reaction tube. Total pressure approximately 1.5 Torr
, the DMAH partial pressure is approximately 5. OX 10-”Torr
shall be. Thereafter, the halogen lamp 330 is energized to directly heat the wafer. In this way, If is selectively deposited.

所定の堆積時間が経過した後、DMA)Iの供給を一端
停止する。この過程で堆積されるAl2膜の所定の堆積
時間とは、SL(単結晶シリコン基体1)上のへ氾膜の
厚さが、5ins (熱酸化シリコン膜2)の膜厚と等
しくなるまでの時間であり、実験によりあらかじめ求め
ることが出来る。
After a predetermined deposition time has elapsed, the supply of DMA)I is temporarily stopped. The predetermined deposition time of the Al2 film deposited in this process is the time required until the thickness of the flooded film on the SL (single crystal silicon substrate 1) becomes equal to the film thickness of 5ins (thermal oxidation silicon film 2). It is time and can be determined in advance through experiments.

このときの直接加熱による基体表面の温度は270℃程
度とする。ここまでの工程によれば第6図(B)に示す
ように開孔内および溝内に選択的にへβ膜405が堆積
するのである。
At this time, the temperature of the substrate surface due to direct heating is approximately 270°C. According to the steps up to this point, the beta film 405 is selectively deposited inside the openings and grooves, as shown in FIG. 6(B).

以上をコンタクトホール内に電極を形成する為の第1成
膜工程と称する。
The above process is referred to as a first film forming process for forming an electrode in a contact hole.

上記第1成膜工程後、CVD反応室312を排気系31
6bにより5 X 10−”Torr以下の真空度に到
達するまで排気する。同時に、Rfエツチング室313
を5 X 10−’Torr以下に排気する。画室が上
記真空度に到達したことを確認した後、ゲートバルブ3
10Cが開き、基体を搬送手段によりCVD反応室31
2からRfエツチング室313へ移動し、ゲートバルブ
310cを閉じる。基体をRfエツチング室313に搬
送し、排気系316cによりRfエツチング室313を
1O−6Torr以下の真空度に達するまで排気する。
After the first film forming step, the CVD reaction chamber 312 is
6b until a vacuum level of 5×10-” Torr or less is reached. At the same time, the Rf etching chamber 313
is evacuated to below 5 x 10-'Torr. After confirming that the compartment has reached the above vacuum level, close the gate valve 3.
10C is opened, and the substrate is transferred to the CVD reaction chamber 31 by the conveying means.
2 to the Rf etching chamber 313, and close the gate valve 310c. The substrate is transferred to the Rf etching chamber 313, and the Rf etching chamber 313 is evacuated by the exhaust system 316c until a vacuum level of 10-6 Torr or less is reached.

その後Rfエツチング用アルゴン供紀ライン322によ
りアルゴンを供給し、Rfエツチング室313を10−
1〜10−”Torrのアルゴン雰囲気に保つ、 Rf
エツチング用基体ホルダー320を200℃程に保ち、
Rfエツチング用電極321へ100wのRfパワーを
60秒間程供給し、Rfエツチング室313内でアルゴ
ンの放電を生起させる。このようにすれば、基体の表面
をアルゴンイオンによりエツチングし、CVD堆積膜の
不要な表面層をとり除くことができる。この場合のエツ
チング深さは酸化物相当で約100金属度とする。なお
、ここでは、Rfエツチング室でCVD堆積膜の表面エ
ツチングを行ったが、真空中を搬送されろ基体のCVD
膜の表面層は大気中の酸素等を含んでいないため、Rf
エツチングを行わなくてもかなわない。その場合、Rf
エツチング室313は、CVD反応室12とスパッタ室
314の温度差が大きく異なる場合、温度変化を短時間
で行なうための温度変更室として機能する。
After that, argon is supplied from the Rf etching argon supply line 322, and the Rf etching chamber 313 is
Maintain an argon atmosphere of 1 to 10-” Torr, Rf
Keep the etching substrate holder 320 at about 200°C,
Rf power of 100 W is supplied to the Rf etching electrode 321 for about 60 seconds to cause argon discharge in the Rf etching chamber 313. In this way, the surface of the substrate can be etched with argon ions to remove unnecessary surface layers of the CVD deposited film. In this case, the etching depth is approximately 100 metal degrees equivalent to the oxide. Here, the surface of the CVD deposited film was etched in an Rf etching chamber, but the CVD film on the substrate was transferred in a vacuum.
Since the surface layer of the film does not contain atmospheric oxygen, etc., Rf
You can't beat it even without etching. In that case, Rf
The etching chamber 313 functions as a temperature changing chamber for changing the temperature in a short time when the temperature difference between the CVD reaction chamber 12 and the sputtering chamber 314 is large.

Rfエツチング室313において、Rfエツチングが終
了した後、アルゴンの流入を停止し、Rfエツチング室
313内のアルゴンを排気する。Rfエツチング室31
3を5 X 10−’Torrまで排気し、かつスパッ
タ室314を5 X 10−’Torr以下に排気した
後、ゲートバルブ310dを開く。その後、基体を搬送
手段を用いてRfエツチング室313からスパッタ室3
14へ移動させゲートバルブ310dを閉じる。
After the Rf etching is completed in the Rf etching chamber 313, the flow of argon is stopped and the argon in the Rf etching chamber 313 is exhausted. Rf etching chamber 31
After the sputtering chamber 314 is evacuated to 5 x 10-' Torr and the sputtering chamber 314 is evacuated to below 5 x 10-' Torr, the gate valve 310d is opened. Thereafter, the substrate is transported from the Rf etching chamber 313 to the sputtering chamber 3 using a conveying means.
14 and close the gate valve 310d.

基体をスパッタ室314に搬送してから、スパッタ室3
14をRfエツチング室313と同様に10−1〜lO
−Torrのアルゴン雰囲気となし、基体を載置する基
体ホルダー323の温度を200〜250℃程に設定す
る。そして、5〜10kwのDCパワーでアルゴンの放
電を行い、A[やAρ−Si  (Si:0.5%)等
のターゲツト材をアルゴンイオンで削り AρやAρ−
Si等の金属を基体上に10000人/分程の堆積速度
で成膜を行う、この工程は非選択的堆積工程である。こ
れを電極と接続する配線を形成する為の第2成膜工程と
称する。
After transporting the substrate to the sputtering chamber 314, the sputtering chamber 3
14 to 10-1 to 1O as in the Rf etching chamber 313.
-Torr argon atmosphere is created, and the temperature of the substrate holder 323 on which the substrate is placed is set to about 200 to 250°C. Argon is then discharged with a DC power of 5 to 10 kW, and target materials such as A[ and Aρ-Si (Si: 0.5%) are scraped with argon ions.
This process is a non-selective deposition process in which a metal such as Si is deposited on a substrate at a deposition rate of about 10,000 people/minute. This is called a second film forming step for forming wiring to connect to the electrodes.

基体上に5000人程の金属膜を形成した後、アルゴン
の流入およびDCパワーの印加を停止する。
After forming about 5000 metal films on the substrate, the flow of argon and the application of DC power are stopped.

ロードロック室311を5 X 10−”Torr以下
に排気した後、ゲートバルブ310eを開き基体を移動
させる。ゲートバルブ310eを閉じた後、ロードロッ
ク室311にN、ガスを大気圧に達するまで流しゲート
バルブ310fを開いて基体を装!の外へ取り出す。
After the load lock chamber 311 is evacuated to 5×10-” Torr or less, the gate valve 310e is opened and the substrate is moved. After the gate valve 310e is closed, N and gas are flowed into the load lock chamber 311 until atmospheric pressure is reached. Open the gate valve 310f and take the substrate out of the enclosure!

以上の第2AJ2膜堆積工程によれば第6図(C)のよ
うに5i02膜402上にAβ膜406を形成すること
ができる。
According to the second AJ2 film deposition step described above, an Aβ film 406 can be formed on the 5i02 film 402 as shown in FIG. 6(C).

そして、この^i膜406を第6図(D)のようにパタ
ーニングすることにより所望の形状の配線を得ることが
できる。
Then, by patterning this ^i film 406 as shown in FIG. 6(D), wiring in a desired shape can be obtained.

(実験例) 以下に、上記Al−CVD法が優れており、且つそれに
より開孔内に堆積したlがいかに良質の膜であるかを実
験結果をもとに説明する。
(Experimental Example) The superiority of the Al-CVD method described above and the high quality of the l deposited in the openings will be explained below based on experimental results.

まず基体としてN型単結晶シリコンウェハーの表面を熱
酸化して8000人のSiO□を形成し0.25μmX
0.25LLm角から1100u x  100μm角
の各種口径の開孔をバターニングして下地のSi単結晶
を露出させたものを複数個用意した。(サンプルこれら
を以下の条件によるAl−CVD法により l膜を形成
した。原料ガスとしてDMAH1反応ガスとして水素、
全圧力を1.5Torr 、 DMA8分圧を5.0×
10−’Torrという共通条件のもとで、ハロゲンラ
ンプに通電する電力量を調整し直接加熱により基体表面
温度を200℃〜490℃の範囲で設定し成膜を行った
First, the surface of an N-type single crystal silicon wafer as a substrate was thermally oxidized to form 8,000 SiO□ and 0.25 μm×
A plurality of openings with various diameters ranging from 0.25 LLm square to 1100 u x 100 μm square were patterned to expose the underlying Si single crystal. (Samples) A film was formed using the Al-CVD method under the following conditions. DMAH was used as the raw material gas, hydrogen was used as the reaction gas,
Total pressure 1.5 Torr, DMA8 partial pressure 5.0×
Under the common condition of 10-' Torr, film formation was performed by adjusting the amount of power supplied to the halogen lamp and setting the substrate surface temperature in the range of 200° C. to 490° C. by direct heating.

その結果を表1に示す。The results are shown in Table 1.

表1から判るように、直接加熱による基体表面温度が2
60℃以上では、Aρが開孔内に3000〜5000人
/分という高い堆積速度で選択的に堆積した。
As can be seen from Table 1, the substrate surface temperature due to direct heating is 2.
Above 60° C., Aρ was selectively deposited within the open pores at a high deposition rate of 3000-5000 per minute.

基体表面温度が260℃〜440℃の範囲での開孔内の
19膜の特性を調べてみると、炭素の含有はなく、抵抗
率2.8〜3.4μΩcan、反射率90〜95%、1
μ−以上のヒロック密度がO〜10であり、スパイク発
生(0,15μl接合の破壊確率)がほとんどない良好
な特性であることが判明した。
When we investigated the characteristics of the 19 films inside the openings in the range of substrate surface temperature from 260°C to 440°C, we found that there was no carbon content, resistivity was 2.8 to 3.4 μΩcan, reflectance was 90 to 95%, 1
It was found that the hillock density of .mu.- or more was O.about.10, and it had good characteristics with almost no spike occurrence (probability of failure of a 0.15 .mu.l junction).

これに対して基体表面温度が200℃〜250℃では、
膜質は260℃〜440℃の場合に比較して若干悪いも
のの従来技術から見れば相当によい膜であるが、堆積速
度が1000〜1500人/分と決して十分に高いとは
いえなかった。
On the other hand, when the substrate surface temperature is 200°C to 250°C,
Although the film quality was slightly worse than in the case of 260° C. to 440° C., it was a fairly good film from the perspective of the prior art, but the deposition rate was 1000 to 1500 persons/min, which was by no means sufficiently high.

また、基体表面温度が450℃以上になると、反射率が
60%以下、1μm以上のヒロック密度が10〜10’
 cm−”、アロイスパイク発生が0〜30%となり、
開孔内のAρ膜の特性は低下した。
In addition, when the substrate surface temperature is 450°C or higher, the reflectance is 60% or less, and the hillock density of 1 μm or more is 10 to 10'.
cm-”, alloy spike occurrence is 0 to 30%,
The properties of the Aρ membrane within the apertures were degraded.

次に上述した方法がコンタクトホールやスルーホールと
いった開孔にいかに好適に用いることができるかを説明
する。
Next, it will be explained how the method described above can be suitably used for openings such as contact holes and through holes.

即ち以下に述べる材料からなるコンタクトホール/スル
ーホール構造にも好ましく適用されるのである。
That is, it is preferably applied to contact hole/through hole structures made of the materials described below.

上述したサンプルl−1にlを成膜した時と同じ条件で
以下に述べるような構成の基体(サンプル)に^ρ膜を
形成した。
A ^ρ film was formed on a substrate (sample) having the structure described below under the same conditions as when forming 1 on sample 1-1 described above.

第1の基体表面材料としての単結晶シリコンの上に、第
2の基体表面材料としてのCVD法による酸化シリコン
膜を形成し、フォトリソグラフィー工程によりバターニ
ングを行い、単結晶シリコン表面を部分的に吐畠させた
A silicon oxide film as a second substrate surface material is formed by CVD on the single crystal silicon as the first substrate surface material, and buttering is performed by a photolithography process to partially cover the single crystal silicon surface. I made it vomit.

このときの熱酸化SiOよ膜の膜厚は8000人、単結
晶シリコンの露出部即ち開口の大きさは0.25μ口X
[1,25μI11〜100μ曽×100μmであった
。このようにしてサンプル1−2を準備した。(以下こ
のようなサンプルを“CVD5iO□(以下SiO□と
略す)/単結晶シリコン“と表記することとする)。
At this time, the thickness of the thermally oxidized SiO film was 8,000 mm, and the exposed area of single crystal silicon, that is, the size of the opening, was 0.25 μm.
[1,25μI11-100μso×100μm. Sample 1-2 was prepared in this way. (Hereinafter, such a sample will be referred to as "CVD5iO□ (hereinafter abbreviated as SiO□)/single crystal silicon").

サンプル1−3は常圧CVDによって成膜したボロンド
ープの酸化膜(以下BSGと略す)/単結晶シリコン、 サンプル1−4は常圧CVDによって成膜したリンドー
プの酸化膜(以下PSGと略す)/単結晶シリコン、 サンプル1−5は常圧CVDによって成膜したリンおよ
びボロンドープの酸化膜(以下BSPGと略す)/単結
晶シリコン、 サンプル1−6はプラズマCVDによって成膜した窒化
膜(以下P−3iNと略す)/単結晶シリコン、サンプ
ル1−7は熱窒化膜(以下T−5iNと略す)/単結晶
シリコン、 サンプル1−8は減圧CVDによって成膜した窒化膜(
以下LP−5iNと略す)/単結晶シリコン、サンプル
l−9はECR装置によって成膜した窒化膜(以下EC
R−3iNと略す)/単結晶シリコンである。
Sample 1-3 is a boron-doped oxide film (hereinafter abbreviated as BSG)/single crystal silicon formed by atmospheric pressure CVD, and Sample 1-4 is a phosphorus-doped oxide film (hereinafter abbreviated as PSG)/ Sample 1-5 is a phosphorus- and boron-doped oxide film (hereinafter referred to as BSPG)/single-crystal silicon deposited by atmospheric pressure CVD; Sample 1-6 is a nitride film deposited by plasma CVD (hereinafter referred to as P- Sample 1-7 is a thermal nitride film (hereinafter abbreviated as T-5iN)/single crystal silicon, Sample 1-8 is a nitride film (abbreviated as T-5iN)/single crystal silicon formed by low pressure CVD.
Sample 1-9 is a nitride film (hereinafter referred to as EC
R-3iN)/single crystal silicon.

さらに以下に示す第1の基体表面材料(18種類)と第
2の基体表面材料(9種類)の全組み合わせによりサン
プル1−11〜1−179(注意:サンプル番号1−1
0.20.30.40.50.60.70.80.90
.100 、110.120 、130.140 、1
50 、160.170、は欠番)を作成した。第1の
基体表面材料として単結晶シリコン(単結晶Si) 、
多結晶シリコン(多結晶Si) 、非晶質シリコン(非
晶質Si) 、タングステン(W)、モリブデン(Mo
 )、タンタル(Ta)、タングステンシリサイド(W
Si) 、チタンシリサイド(TiSi) 、アルミニ
ウム(Aρ)、アルミニウムシリコン(AJ2−3i 
) 、チタンアルミニウム(Aρ−Ti ) 、チタン
ナイトライド(Ti−N)、銅(Cu) 、アルミニウ
ムシリコン銅(AI2−3i−Cu) 、アルミニウム
パラジウム(Aβ−Pd) 、チタン(Ti) 、モリ
ブデンシリサイド(Mo−5t )、タンタルシリサイ
ド(Ta−3i)を使用した。第2の基体表面材料とし
てはT −StO*+ SzOヨ、 BSG 。
Furthermore, samples 1-11 to 1-179 (note: sample number 1-1
0.20.30.40.50.60.70.80.90
.. 100, 110.120, 130.140, 1
50, 160.170, are missing numbers). Single crystal silicon (single crystal Si) as the first base surface material,
Polycrystalline silicon (polycrystalline Si), amorphous silicon (amorphous Si), tungsten (W), molybdenum (Mo
), tantalum (Ta), tungsten silicide (W
Si), titanium silicide (TiSi), aluminum (Aρ), aluminum silicon (AJ2-3i
), titanium aluminum (Aρ-Ti), titanium nitride (Ti-N), copper (Cu), aluminum silicon copper (AI2-3i-Cu), aluminum palladium (Aβ-Pd), titanium (Ti), molybdenum silicide (Mo-5t) and tantalum silicide (Ta-3i) were used. The second substrate surface material is T-StO*+SzO, BSG.

PSG 、 BPSG、 P−3iN 、 T−SiN
 、 LP−SiN、 ECR−SiNである0以上の
ような全サンプルについても上述したサンプル1−1に
匹敵する良好なA℃膜を形成することができた。
PSG, BPSG, P-3iN, T-SiN
, LP-SiN, and ECR-SiN, such as 0 or more, were also able to form good A° C. films comparable to the above-mentioned sample 1-1.

次に、以上のようにAβを選択堆積させた基体に上述し
たスパッタリング法により非選択的にA℃を堆積させて
パターニングした。
Next, on the substrate on which Aβ was selectively deposited as described above, A° C. was non-selectively deposited and patterned by the sputtering method described above.

その結果、スパッタリング法によるA℃膜と、開孔内の
選択堆積したAρ膜とは、開孔内のl膜の表面性がよい
ために良好な電気的にも機械的にも耐久性の高いコンタ
クト状態となっていた。
As a result, the A℃ film produced by sputtering and the Aρ film selectively deposited inside the openings have good electrical and mechanical durability due to the good surface properties of the l film inside the openings. It was in contact status.

(以下余白) 実施例1 第7図に本発明の実施例としての8MO3)ランジスタ
を示す。第7図(a)はPウェルI+フィールド酸化膜
2で囲まれた部分に形成されたNMOSトランジスタ3
の平面図、第7図(b) 、 (c)および(d)は、
それぞれ第7図(a)のA−A’、 B−B’およびc
−c’線に沿った断面図である。
(The following is a blank space) Example 1 FIG. 7 shows an 8MO3 transistor as an example of the present invention. FIG. 7(a) shows an NMOS transistor 3 formed in the area surrounded by the P-well I+field oxide film 2.
The plan view of FIG. 7(b), (c) and (d) is
A-A', B-B' and c in FIG. 7(a), respectively.
It is a sectional view along the -c' line.

本NMOS l−ランジスタのソース4.ドレイン5は
平面的に離間した位置に配置されており、ソース4、ド
レイン5のそれぞれに隣接してゲート酸化膜6が基体の
表面から下部へ垂直の方向へ配置されており、ゲート酸
化膜6に隣接しかつ基体表面からソース4.ドレイン5
より深(までゲート電極(制御電極)7が埋設して設置
されており、ソース4およびドレイン5の離間した間が
チャネル9とよばれるトランジスタ動作を行なう領域で
ある0本トランジスタの表面は制御電極が埋めこまれて
いるため略々平坦である。
Source of this NMOS l-transistor 4. The drains 5 are arranged at separate positions in a plane, and a gate oxide film 6 is arranged adjacent to each of the source 4 and the drain 5 in a vertical direction from the surface of the substrate to the bottom. source 4. adjacent to and from the substrate surface. drain 5
The gate electrode (control electrode) 7 is buried deeper (towards the bottom), and the space between the source 4 and the drain 5 is the region where the transistor operates, called the channel 9. The surface of the transistor is the control electrode. It is almost flat because it is buried.

本トランジスタは眉間絶縁膜2′で表面を覆われソース
4.ドレイン5およびゲート電極から電極を引き出すた
めのコンタクトホールを介してAβ等の金属配線8が引
き出されている。金属配線8の形成工程においてもコン
タクトホール部でのAI2埋没を防止するため、コンタ
クトホール内にのみ、すなわち半導体基体上にのみAβ
等を選択堆積し、コンタクトホールな埋め込んだ後、絶
縁膜の表面に配線材料を全面に堆積し、パターニングし
て配線を形成する方法が有効である。
The surface of this transistor is covered with a glabellar insulating film 2' and a source 4. A metal wiring 8 such as Aβ is drawn out from the drain 5 and the gate electrode through a contact hole for drawing out the electrode. In the process of forming the metal wiring 8, in order to prevent Al2 from being buried in the contact hole, Aβ is applied only in the contact hole, that is, only on the semiconductor substrate.
An effective method is to selectively deposit a material, fill in a contact hole, and then deposit a wiring material over the entire surface of the insulating film and pattern it to form a wiring.

次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.

本発明によるMOS )ランジスタはソース電極4とド
レイン電極5の間のチャネル部9のコンダクタンスをゲ
ート電極7にて制御する素子である。
The MOS transistor according to the present invention is an element in which the conductance of a channel portion 9 between a source electrode 4 and a drain electrode 5 is controlled by a gate electrode 7.

ソース電極4とドレイン電極5との間に電圧v0が加え
られた時、ゲート電極7に電圧■。が加わると■。〈■
。−VTのとき、 ■。>Va−Vtのとき、 1       W I++=−(ox・μH(Va−Vd”2      
  L (Cox :ゲート容量、μ:キャリア移動度、W:チ
ャネル巾、L:チャネル長、■7:閾値電圧)なる式に
もとづいて電流が流れる。
When voltage v0 is applied between source electrode 4 and drain electrode 5, voltage ■ is applied to gate electrode 7. When added,■. 〈■
. -When in VT, ■. >Va-Vt, 1 W I++=-(ox・μH(Va-Vd"2
A current flows based on the formula L (Cox: gate capacitance, μ: carrier mobility, W: channel width, L: channel length, 7: threshold voltage).

現在MO5トランジスタに要求されていることは1)小
さな面積の中にトランジスタを作りこむこと、2)高速
にトランジスタ動作を行なうことである。
What is currently required of MO5 transistors is 1) to build the transistor into a small area, and 2) to perform transistor operation at high speed.

本発明は上記二点に関して大幅な改良を行なったもので
あり、トランジスタの面積は従来の80%になった。ス
ピードに関しては大きな要素としてゲート電極の抵抗が
ある。従来より用いられていた多結晶Siゲートの場合
は30〜80Ω/co”でありポリサイド化することに
よって2〜5Ω/cm”が達成されているが、本発明の
場合はl X 10−’Ω/cm”の低抵抗が実現でき
た。その理由は金属電極を直接埋め込んであり、かつA
I2が単結晶構造を有すること、さらに埋込み型のもの
であるため膜厚を充分に厚くとれることである。
The present invention has significantly improved the above two points, and the area of the transistor has been reduced to 80% of the conventional one. Regarding speed, a major factor is the resistance of the gate electrode. In the case of conventionally used polycrystalline Si gates, the resistance is 30 to 80 Ω/co'', and 2 to 5 Ω/cm'' is achieved by polyciding, but in the case of the present invention, the resistance is 30 to 80 Ω/co''. /cm" low resistance was achieved.The reason for this is that the metal electrode is directly embedded, and the
I2 has a single crystal structure, and since it is a buried type, it can be made sufficiently thick.

実施例2 第8図は本発明によるNMOS トランジスタの他の実
施例の平面図である。この実施例は、より一層の高速化
を実現するために、ゲート電極7とソース電極4および
ドレイン電極5の間の重なり部を小さくして容量を減少
させた例である。すなわち、ゲート電極7の配置を変え
ることによってチャネルを確保しながら、第7図に示し
た例と比較して容量を減少することができた。
Embodiment 2 FIG. 8 is a plan view of another embodiment of the NMOS transistor according to the present invention. This embodiment is an example in which the overlapping portion between the gate electrode 7, the source electrode 4, and the drain electrode 5 is made small to reduce the capacitance in order to achieve even higher speed. That is, by changing the arrangement of the gate electrode 7, the capacitance could be reduced compared to the example shown in FIG. 7 while securing the channel.

実施例3 第9図にさらに他の実施例の平面図を示す6本実施例は
、チャネル部9が絶縁膜6を介してゲート電極7を構成
する部材と直接接触することがないように、多結晶Si
等10を介してゲート電極材を設置したものである。こ
のような構成によって、ゲート電極部材が直接絶縁膜に
拡散することを防止し、かつゲート電極部材の仕事関数
によらず、従来のプロセスで使われる多結晶Siを使用
することにより従来とまったく同様の特性を有するMO
Sトランジスタを得ることができ、さらにゲート電極の
直接抵抗が大幅に減少するため、微細で高速のMOSト
ランジスタを得ることができた。
Embodiment 3 FIG. 9 shows a plan view of still another embodiment 6 In this embodiment, the channel portion 9 was designed to prevent direct contact with the member constituting the gate electrode 7 via the insulating film 6. Polycrystalline Si
The gate electrode material is installed through the wires 10, etc. With this structure, it is possible to prevent the gate electrode member from directly diffusing into the insulating film, and by using polycrystalline Si, which is used in conventional processes, regardless of the work function of the gate electrode member, it is possible to achieve the same process as before. MO with the characteristics of
It was possible to obtain an S transistor, and furthermore, because the direct resistance of the gate electrode was significantly reduced, it was possible to obtain a fine and high-speed MOS transistor.

実施例4 第10図は本発明のさらに他の実施例の平面図である6
本実施例は、第10図に示した例と比較してゲート電極
7とPウェル1との奇生容量をさらに減少させるため、
ゲート電極部材の埋込み部の開孔の周辺三方向の酸化膜
11を厚くし、奇生容量を太き(減少させたものである
Embodiment 4 FIG. 10 is a plan view of still another embodiment of the present invention.
In this embodiment, in order to further reduce the parasitic capacitance between the gate electrode 7 and the P well 1 compared to the example shown in FIG.
The oxide film 11 in three directions around the opening in the buried portion of the gate electrode member is made thicker to thicken (reduce) the parasitic capacitance.

次に第10図に示した実施例の製造方法について述べる
。第11図(a)〜第11図(g)は第10図に示した
実施例のA−A’線に沿った断面を示す。
Next, a method of manufacturing the embodiment shown in FIG. 10 will be described. 11(a) to 11(g) show cross sections of the embodiment shown in FIG. 10 along line AA'.

まず従来の方法でN基体101に、Pウェル102を形
成し、基体表面の厚さ12000人の酸化膜103を部
分的に除去した。(第1図(a))次に12000人の
酸化119103をマスクとしてC(2x、CBrF5
のガスを用いるRIE(反応性イオンエツチング)法に
より基体をエツチングし、清104を形成した。基体の
エツチング深さは3μmである。(第11図(b)) 次に上記酸化膜103を除去し、基体全面に厚さ100
0人の熱酸化膜105およびSiN膜106を形成し、
SiN膜を部分的に除去した。(第11図(C))従来
より用いられているLOCO3法により、SiN膜10
6の除去された部分にのみフィールド酸化膜107を形
成した。形成条件はOz:2j2/分、H2: 4ρ/
分;酸化温度1000℃、膜厚は8000人であった。
First, a P well 102 was formed on an N substrate 101 using a conventional method, and an oxide film 103 having a thickness of 12,000 yen on the surface of the substrate was partially removed. (Figure 1(a)) Next, using 12,000 oxidized 119103 as a mask, C(2x, CBrF5
The substrate was etched by the RIE (reactive ion etching) method using the following gas to form a clear layer 104. The etching depth of the substrate is 3 μm. (FIG. 11(b)) Next, the oxide film 103 is removed, and a thickness of 100 mm is coated over the entire surface of the base.
A thermal oxide film 105 and a SiN film 106 are formed,
The SiN film was partially removed. (FIG. 11(C)) By the conventionally used LOCO3 method, the SiN film 10
A field oxide film 107 was formed only on the removed portions. Formation conditions are Oz: 2j2/min, H2: 4ρ/
The oxidation temperature was 1000°C and the film thickness was 8000°C.

その後SiNM10Bを除去した。(第11図(d))
次に)IF雰囲気にて基体上の酸化膜105を完全に除
去した後、ゲート絶縁膜10gを形成した。形成温度は
850℃、膜厚は180人であった。MOS トランジ
スタのゲート電極の一部として、多結晶5i109をゲ
ート絶縁膜108の全面にSiH4の熱分解により堆積
し、CCJ2Jg雰囲気中にてRIEモードで部分的に
除去した。さらにMOS トランジスタのソース・ドレ
イン拡散層110を形成するため、ヒ素を5X10”イ
オン/cm”でイオン注入した。なお、ヒ素は多結晶5
i109にも注入され、多結晶SLの比抵抗を下げる役
割もする。次にソース・ドレイン拡散層110を電気的
に活性化するためRTA (ラビッドサーマルアニール
)法により1000℃15秒の熱処理を行なった。(第
11図(e))次に上記多結晶5i109上にのみl 
111を堆積した。
After that, SiNM10B was removed. (Figure 11(d))
Next) After completely removing the oxide film 105 on the substrate in an IF atmosphere, a gate insulating film 10g was formed. The formation temperature was 850°C, and the film thickness was 180°C. As part of the gate electrode of the MOS transistor, polycrystalline 5i109 was deposited on the entire surface of the gate insulating film 108 by thermal decomposition of SiH4, and partially removed in RIE mode in a CCJ2Jg atmosphere. Further, in order to form a source/drain diffusion layer 110 of a MOS transistor, arsenic was ion-implanted at a rate of 5×10 ions/cm. In addition, arsenic is polycrystalline 5
It is also injected into i109 and also plays a role in lowering the resistivity of the polycrystalline SL. Next, in order to electrically activate the source/drain diffusion layer 110, heat treatment was performed at 1000° C. for 15 seconds by RTA (Rapid Thermal Annealing) method. (FIG. 11(e)) Next, place only on the polycrystalline 5i109.
111 was deposited.

その堆積法を以下に述べる。まず基体をCVD装置の反
応室内に設置し、反応室内をI X 10−’Torr
程度に排気した。そして供給ガスラインからDMAHを
供給した。なお、キャリアガスはH2を用いた。
The deposition method will be described below. First, the substrate is placed in the reaction chamber of the CVD apparatus, and the reaction chamber is heated to I x 10-'Torr.
It was exhausted to a certain extent. Then, DMAH was supplied from the supply gas line. Note that H2 was used as the carrier gas.

さらに別のガスラインから反応ガスとしてのH2を27
0℃に加熱された基体上へ流した。この場合の典型的圧
力は略々1.5TorrでありDMAHの分圧は略々5
 X 10−”Torrである。この手法によるとlは
導電性を有する多結晶5ilGe上にのみ選択的に堆積
し、酸化膜108およびフィールド酸化膜107上には
、堆積しない。よってAj2111はMOS トランジ
スタのゲート電極の一部を形成する。(第11図(f)
) 次に眉間絶縁膜112としてBPSGを堆積し、電極を
取り出すためにコンタクトホール113を開孔し、上述
した1−CVD法によってAfll14をコンタクトホ
ール113内に埋め込んだ、(第11図(g)) このようにして、第10図に示したMOS トランジス
タが作製された。
Furthermore, H2 as a reaction gas is supplied from another gas line at 27
It was poured onto a substrate heated to 0°C. Typical pressure in this case is approximately 1.5 Torr and the partial pressure of DMAH is approximately 5 Torr.
X 10-"Torr. According to this method, l is selectively deposited only on the conductive polycrystalline 5ilGe, and is not deposited on the oxide film 108 and the field oxide film 107. Therefore, Aj2111 is a MOS transistor. (FIG. 11(f))
) Next, BPSG was deposited as the glabellar insulating film 112, a contact hole 113 was opened to take out the electrode, and Afll 14 was embedded in the contact hole 113 by the above-mentioned 1-CVD method (FIG. 11(g)). ) In this way, the MOS transistor shown in FIG. 10 was manufactured.

実施例5 第12図はさらに別の実施例を示している。第12図(
a)は平面図、第12図(b)は等価回路を示す。
Embodiment 5 FIG. 12 shows yet another embodiment. Figure 12 (
12(a) shows a plan view, and FIG. 12(b) shows an equivalent circuit.

この実施例は二つのNMOS トランジスタを共通ゲー
ト電極7によって接続した一つの例である。
This embodiment is an example in which two NMOS transistors are connected by a common gate electrode 7.

実施例6 第13図は、さらに別の実施例を示す。第13図(a)
は平面図、(b)は断面図である。この実施例が第7図
〜第12図に示した実施形態と基本的に異なる点は、チ
ャネル部11および12が埋め込まれたゲート電極7に
そって基体表面に対して垂直の方向へ形成されている点
である。ゲート電極7に電圧v0が印加されると、ソー
ス4からドレイン5へ向う電流は矢印14の方向に流れ
て多結晶Siと金属部材からなるゲート電極7の直下に
設けられた高不純物領域(n”)13に流れ込む。さら
に電流はチャネル12を通って、矢印15の方向へ流れ
、トレイン電極5へ流れ込む、X流には表面に対して垂
直方向へ流れる電流成分と同時に、表面に沿って、第1
3図fa)に矢印16で示す方向に流れる成分も存在す
る。
Example 6 FIG. 13 shows yet another example. Figure 13(a)
is a plan view, and (b) is a cross-sectional view. This embodiment is basically different from the embodiment shown in FIGS. 7 to 12 in that channel portions 11 and 12 are formed along the buried gate electrode 7 in a direction perpendicular to the substrate surface. The point is that When a voltage v0 is applied to the gate electrode 7, a current from the source 4 to the drain 5 flows in the direction of the arrow 14 and flows into the highly impurity region (n ”) 13. Further current flows through the channel 12 in the direction of the arrow 15 and into the train electrode 5, along the surface at the same time that the X flow has a current component flowing perpendicularly to the surface. 1st
There is also a component flowing in the direction shown by the arrow 16 in Figure 3 fa).

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば制御電極が半導体
基体の表面から下部へ埋め込まれているので、小面積で
かつ表面が平坦なMOS トランジスタが実現でき、従
って高速でかつ信頼性の高いMOS トランジスタを得
ることができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, since the control electrode is embedded from the surface to the bottom of the semiconductor substrate, it is possible to realize a MOS transistor with a small area and a flat surface, which can be performed at high speed and A highly reliable MOS transistor can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の好適な実施態様を説明する断面図、 第2図〜第5図は本発明による半導体装置の製造方法を
適用するに望ましい製造装置の一例を示す図、 第6図は本発明による半導体装置の製造方法による第1
配線層形成の様子を説明する為の模式的斜視図、 第7図は本発明の実施例の平面図および断面図、 第8図〜第10図はそれぞれ本発明の他の実施例の平面
図、 第11図は第10図に示した実施例の製造方法を説明す
る模式的断面図、 第12図は本発明のさらに他の実施例の平面図および等
価回路図、 第13図はさらに他の実施例の平面図および断面図、 第14図〜第16図はそれぞれ従来のMOS )ランジ
スタの断面図である。 2・・・フィールド絶縁膜、 3・・・MOSトランジスタ、 4・・・ソース、 5・・・ドレイン、 6・・・ゲート絶縁膜、 7・・・ゲート、 8・・・配線、 9・・・チャネル。 第4 図 第5図 の O 第8 図 第 図 、104 O5 図 第10図 Toe   O09 O14 m 7!12 第15図 第16図
FIG. 1 is a sectional view illustrating a preferred embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 5 are views showing an example of a manufacturing apparatus preferable to apply the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, and FIG. A first method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
A schematic perspective view for explaining the state of wiring layer formation, FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view of an embodiment of the present invention, and FIGS. 8 to 10 are plan views of other embodiments of the present invention, respectively. , FIG. 11 is a schematic sectional view illustrating the manufacturing method of the embodiment shown in FIG. 10, FIG. 12 is a plan view and an equivalent circuit diagram of still another embodiment of the present invention, and FIG. 13 is still another embodiment. A plan view and a sectional view of an embodiment of the present invention, and FIGS. 14 to 16 are sectional views of a conventional MOS transistor, respectively. 2... Field insulating film, 3... MOS transistor, 4... Source, 5... Drain, 6... Gate insulating film, 7... Gate, 8... Wiring, 9... ·channel. Figure 4 Figure 5 O Figure 8 Figure 104 O5 Figure 10 Toe O09 O14 m 7!12 Figure 15 Figure 16

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)半導体からなるソースおよびドレイン領域と、ゲー
ト絶縁膜と、ゲート電極領域と、を有するトランジスタ
を含む半導体装置において、前記ソースおよびドレイン
領域と、前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート電極領域と、
が基体の主面に沿う方向に並置されて少なくともそれら
の一部が該基体に埋込まれていることを特徴とする半導
体装置。 2)前記トランジスタのチャネルが前記基体の主面と交
差する面に沿う方向に形成され該主面に沿う方向にキャ
リアが移動することを特徴とする請求項1に記載の半導
体装置。 3)前記ゲート電極領域の下に半導体領域が形成されて
おり、該ゲート電極領域をはさんで前記ソースおよびド
レイン領域が配置されていることを特徴とする請求項1
に記載の半導体装置。 4)半導体からなるソースおよびドレイン領域と、ゲー
ト絶縁膜と、ゲート電極領域とを有するトランジスタを
含む半導体装置の製造方法において、 前記ソースおよびドレイン領域、ゲート絶縁膜およびゲ
ート電極の少なくとも一部を半導体基体に埋め込む工程
と、 前記ソースおよびドレイン領域および前記ゲート電極領
域を前記基体の主面に沿う方向に配設する工程とを有す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 5)前記ゲート電極を構成する部材として抵抗率10μ
Ωcm以下の材料を用いることを特徴とする請求項4に
記載の半導体装置の製造方法。 6)前記ゲート電極領域を形成するときに、アルキルア
ルミニウムハイドライドと水素とを利用したCVD法に
より AlまたはAlを主成分とする金属を堆積させる
工程を含むことを特徴とする請求項4に記載の半導体装
置の製造方法。 (以下余白)
[Scope of Claims] 1) A semiconductor device including a transistor having source and drain regions made of a semiconductor, a gate insulating film, and a gate electrode region, wherein the source and drain regions, the gate insulating film, and the a gate electrode region;
are arranged in parallel in a direction along the main surface of a base, and at least a part of them is embedded in the base. 2) The semiconductor device according to claim 1, wherein a channel of the transistor is formed in a direction along a plane intersecting a main surface of the base, and carriers move in a direction along the main surface. 3) A semiconductor region is formed under the gate electrode region, and the source and drain regions are arranged across the gate electrode region.
The semiconductor device described in . 4) A method for manufacturing a semiconductor device including a transistor having a source and drain region made of a semiconductor, a gate insulating film, and a gate electrode region, wherein at least a portion of the source and drain region, the gate insulating film, and the gate electrode are made of a semiconductor. 1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: embedding the source and drain regions in a base; and arranging the source and drain regions and the gate electrode region in a direction along a main surface of the base. 5) The resistivity of the member constituting the gate electrode is 10μ.
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein a material having a resistance of Ωcm or less is used. 6) When forming the gate electrode region, the method includes the step of depositing Al or a metal containing Al as a main component by a CVD method using an alkyl aluminum hydride and hydrogen. A method for manufacturing a semiconductor device. (Margin below)
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